STM32基礎(chǔ)：IIC總線操作EEPROM存儲(chǔ)模塊AT24C02

參考文檔：AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)

STM32基礎(chǔ)：IIC概述與軟件模擬IIC一文中，詳細(xì)介紹了使用STM32的GPIO口模擬IIC總線的方法，如果讀者對(duì)IIC總線還不了解，請(qǐng)先閱讀此文。

本文是IIC總線的實(shí)際應(yīng)用，將帶領(lǐng)讀者一步一步閱讀AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)，看時(shí)序圖了解如何使用IIC接口EEPROM存儲(chǔ)模塊AT24C02，并編寫(xiě)代碼使用STM32驅(qū)動(dòng)這個(gè)模塊。

1 AT24C02概述

1.1 基本描述

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P1

從上文可以知道，AT24C02提供2048位串行電可擦除和可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)，組織256字節(jié)。該器件針對(duì)許多汽車應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，在這些應(yīng)用中，低功耗和低電壓操作是必不可少的。

AT24C02具有節(jié)省空間的8引腳JEDEC SOIC和8引腳TSSOP封裝，可通過(guò) 雙線串行接口（即IIC） 訪問(wèn)。此外，整個(gè)系列還提供2.7V (2.7V至5.5V)版本。

1.2 重要特點(diǎn)

AT24C02有如下特點(diǎn)，重點(diǎn)用紅色標(biāo)出：

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P1

存儲(chǔ)器內(nèi)部按組織256字節(jié) × 8位 (2K)組織
雙線串行接口（IIC）
兼容400kHz通信速率
具有硬件數(shù)據(jù)保護(hù)的寫(xiě)保護(hù)引腳
8字節(jié)/頁(yè)寫(xiě)模式
允許部分頁(yè)寫(xiě)入
高可靠性：100萬(wàn)次寫(xiě)周期，數(shù)據(jù)保留:100年

1.3 引腳定義

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P1

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P2

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P3

DA、SCL為IIC總線使用引腳不再贅述。從上文可以知道，A2，A1和A0引腳用于AT24C02的設(shè)備地址輸入。WP為寫(xiě)保護(hù)引腳，提供硬件數(shù)據(jù)保護(hù)。寫(xiě)保護(hù)引腳在連接到地(GND)時(shí)允許正常的讀寫(xiě)操作。當(dāng)寫(xiě)保護(hù)引腳接在VCC上時(shí)，寫(xiě)保護(hù)功能開(kāi)啟，操作如下表所示。

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P3

在開(kāi)發(fā)板的原理圖上可以看到，設(shè)備地址輸入A2、A1、A0都為0，WP已近接在GND上關(guān)閉了寫(xiě)保護(hù)，我們可以正常讀寫(xiě)。

1.4 存儲(chǔ)空間

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P4

AT24C02，2K，串行EEPROM內(nèi)部組織為32頁(yè)，每頁(yè)8字節(jié)，2K需要一個(gè)8位的字地址進(jìn)行隨機(jī)字尋址。

1.5 設(shè)備地址

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P8

2K EEPROM設(shè)備都需要一個(gè) 8位設(shè)備地址字 ， 包含一個(gè)啟動(dòng)條件 ，以使芯片能夠進(jìn)行讀或?qū)懖僮鳌?/p>

設(shè)備地址字前4位最高有效位為1010。這對(duì)所有串行EEPROM設(shè)備都是通用的。接下來(lái)的3位是1K/2K EEPROM的A2、A1和A0設(shè)備地址位。設(shè)備地址的第8位是讀寫(xiě)操作選擇位。如果該位高，則進(jìn)行讀操作；如果該位低，則進(jìn)行寫(xiě)操作。

綜上，如果對(duì)AT24C02進(jìn)行讀操作，則設(shè)備地址為10100001B=A1H；如果對(duì)AT24C02進(jìn)行寫(xiě)操作，則設(shè)備地址為10100000B=A0H.

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P9

2 AT24C01編程

2.1 寫(xiě)操作：字編程和頁(yè)編程

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P8

寫(xiě)數(shù)據(jù)有字編程和頁(yè)編程兩種方式：

字編程：一次寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)。
頁(yè)編程：1K/2K EEPROM能夠一次寫(xiě)入一個(gè)8字節(jié)的頁(yè)。

如果打算寫(xiě)入數(shù)據(jù)，則需要知道數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址。因?yàn)锳T24C02的存儲(chǔ)空間為2K（2^11），故尋址空間為0~~2^11-1，即000H~~7FFH。每頁(yè)8字節(jié)，故第1頁(yè)地址000H，第2頁(yè)地址008H，第3頁(yè)地址010H，……，第256頁(yè)地址7F8H。

下圖描述了字編程寫(xiě)數(shù)據(jù)的過(guò)程，根據(jù)圖中的分析和前文的講述，可以寫(xiě)出字編程函數(shù)：

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P10

/**
 * @brief AT24C02初始化
 * 
 */
void AT24C02_Init(void)
{
  IIC_Init();  // 初始化IIC總線
}

/**
 * @brief AT24C02字節(jié)寫(xiě)入
 * 
 * @param Address: 字節(jié)地址
 * @param Data: 待寫(xiě)入的數(shù)據(jù)
 */
void AT24C02_ByteWrite(uint8_t Address, uint8_t Data)
{
  IIC_StartSignal();        // 發(fā)送開(kāi)始信號(hào)

  // 發(fā)送設(shè)備地址，寫(xiě)操作
  IIC_SendBytes(0xA0);     
  if (IIC_WaitACK() == 1)   // AT24C02沒(méi)應(yīng)答
  {
    printf("[AT24C02] Answered the device address: Errorn");
    IIC_StopSignal();       // 發(fā)送停止信號(hào)
  }
  else
  {
    printf("[AT24C02] Answered the device address: OKn");
  }

  // 發(fā)送字地址
  IIC_SendBytes(Address);   
  if (IIC_WaitACK() == 1)   // AT24C02沒(méi)應(yīng)答
  {
    printf("[AT24C02] Answered the word address: Errorn");
    IIC_StopSignal();       // 發(fā)送停止信號(hào)
  }
  else
  {
    printf("[AT24C02] Answered the word address: OKn");
  }

  // 發(fā)送待寫(xiě)入的數(shù)據(jù)
  IIC_SendBytes(Data);     
  if (IIC_WaitACK() == 1)   // AT24C02沒(méi)應(yīng)答
  {
    printf("[AT24C02] Answered the data: Errorn");
    IIC_StopSignal();       // 發(fā)送停止信號(hào)
  }
  else
  {
    printf("[AT24C02] Answered the data: OKn");
  }

  IIC_StopSignal();         // 發(fā)送停止信號(hào)
}

下圖描述了頁(yè)編程寫(xiě)數(shù)據(jù)的過(guò)程，根據(jù)圖中的分析和前文的講述，可以寫(xiě)出頁(yè)編程函數(shù)：

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P10

/**
 * @brief AT24C02頁(yè)編程（8字節(jié)/頁(yè)）
 * 
 * @param Address: 頁(yè)地址
 * @param buf: 待寫(xiě)入的數(shù)據(jù)
 * @param DataLen: 待寫(xiě)入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 
 */
void AT24C02_PageWrite(uint32_t Address, uint8_t *buf, uint8_t DataLen)
{
  IIC_StartSignal();        // 發(fā)送開(kāi)始信號(hào)

  // 發(fā)送設(shè)備地址，寫(xiě)操作
  IIC_SendBytes(0xA0);
  if (IIC_WaitACK() == 1)   // AT24C02沒(méi)應(yīng)答
  {
    printf("[AT24C02] Answered the device address: Errorn");
    IIC_StopSignal();       // 發(fā)送停止信號(hào)
  }
  else
  {
    printf("[AT24C02] Answered the device address: OKn");
  }

  // 發(fā)送頁(yè)地址
  IIC_SendBytes(Address);
  if (IIC_WaitACK() == 1)   // AT24C02沒(méi)應(yīng)答
  {
    printf("[AT24C02] Answered the page address: Errorn");
    IIC_StopSignal();       // 發(fā)送停止信號(hào)
  }
  else
  {
    printf("[AT24C02] Answered the page address: OKn");
  }

  // 循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)
  while (DataLen--)
  {
    IIC_SendBytes(*buf++);  // 發(fā)送數(shù)據(jù)
    if (IIC_WaitACK() == 1) // AT24C02沒(méi)應(yīng)答
    {
      printf("[AT24C02] Answered the data: Errorn");
      IIC_StopSignal();     // 發(fā)送停止信號(hào)
    }
    else
    {
      printf("[AT24C02] Answered the data: OKn");
    }
  }

  IIC_StopSignal();         // 發(fā)送停止信號(hào)
}

2.2 讀操作：當(dāng)前地址讀

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P19

當(dāng)前地址讀：內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器保存著上次訪問(wèn)時(shí)最后一個(gè)地址加1的值 。（使用”當(dāng)前地址讀“讀出的數(shù)據(jù)，其地址為上次訪問(wèn)的最后一個(gè)地址加1。）
只要芯片有電，該地址就一直保存，當(dāng)讀到最后頁(yè)的最后字節(jié)，地址會(huì)回轉(zhuǎn)到0：
當(dāng)寫(xiě)到某頁(yè)尾的最后一個(gè)字節(jié)，地址會(huì)回轉(zhuǎn)到該頁(yè)的首字節(jié)。
接收器件地址（讀/寫(xiě)選擇位為"1"）、EEPROM應(yīng)答ACK后，當(dāng)前地址的數(shù)據(jù)就隨時(shí)鐘送出。主器件無(wú)需應(yīng)答"0"，但需發(fā)送停止條件。

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P10

根據(jù)此圖和前文的講述，編寫(xiě)當(dāng)前地址讀函數(shù)：

/**
 * @brief AT24C02當(dāng)前地址讀
 * 
 * @return uint8_t 當(dāng)前地址的數(shù)據(jù)
 */
uint8_t AT24C02_CurrentAddressRead(void)
{
  uint8_t Data;

  IIC_StartSignal(); // 發(fā)送開(kāi)始信號(hào)

  // 發(fā)送設(shè)備地址，讀操作
  IIC_SendBytes(0xA1);     
  if (IIC_WaitACK() == 1)   // AT24C02沒(méi)應(yīng)答
  {
    printf("[AT24C02] Answered the device address: Errorn");
    IIC_StopSignal();       // 發(fā)送停止信號(hào)
  }
  else
  {
    printf("[AT24C02] Answered the device address: OKn");
  }
  
  // 讀取1字節(jié)數(shù)據(jù)
  Data = IIC_ReadBytes();

  // 發(fā)送應(yīng)答信號(hào)
  IIC_MasterACK(1); // 不應(yīng)答

  IIC_StopSignal(); // 發(fā)送停止信號(hào)
  return Data;      // 返回接收到的數(shù)據(jù)
}

下面我們測(cè)試前面寫(xiě)的四個(gè)函數(shù)（AT24C02_Init，AT24C02_ByteWrite，AT24C02_PageWrite，AT24C02_CurrentAddressRead），測(cè)試過(guò)程為：

使用AT24C02_Init初始化AT24C02
使用AT24C02_PageWrite向0x00寫(xiě)入“0123456”
使用AT24C02_ByteWrite向0x07寫(xiě)入“7”
使用AT24C02_CurrentAddressRead進(jìn)行“當(dāng)前地址讀”
（0x00-0x07已經(jīng)被寫(xiě)入“01234567”，即第一頁(yè)寫(xiě)滿了，此時(shí)地址會(huì)回到該頁(yè)首字節(jié)，使用“當(dāng)前地址讀”讀出的應(yīng)該是該頁(yè)第一個(gè)字節(jié)“0”）

如果輸出的提示信息全部正常且返回值為“0”則說(shuō)明這四個(gè)函數(shù)編寫(xiě)正確。測(cè)試效果如下圖，測(cè)試成功。

uint8_t data;

AT24C02_Init()

AT24C02_PageWrite(0x00, "0123456", 6);
HAL_Delay(100);

AT24C02_ByteWrite(0x07, '7');  
HAL_Delay(100);

data = AT24C02_CurrentAddressRead();
printf("AT24C02_CurrentAddressRead: %c", data);

2.3 讀操作：隨機(jī)讀

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P9

隨機(jī)讀需先寫(xiě)一個(gè)目標(biāo)字地址 ，一旦EEPROM接收器設(shè)備地址（讀/寫(xiě)選擇位為"0"）和字地址并應(yīng)答了ACK，主機(jī)就產(chǎn)生一個(gè)重復(fù)的起始條件。然后，主器件發(fā)送設(shè)備地址（讀/寫(xiě)選擇位為"1"），EEPROM應(yīng)答ACK，并隨時(shí)鐘送出數(shù)據(jù)。主器件無(wú)需應(yīng)答"0"，但需發(fā)送停止條件。

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P11

根據(jù)此圖和前文的講述，編寫(xiě)隨機(jī)讀函數(shù)：

/**
 * @brief AT24C02隨機(jī)讀1字節(jié)數(shù)據(jù)
 * 
 * @param Address: 字地址 
 * @return uint8_t 讀取到的數(shù)據(jù)
 */
uint8_t AT24C02_RandomRead(uint8_t Address)
{
  uint8_t Data;

  IIC_StartSignal(); // 發(fā)送開(kāi)始信號(hào)

  // 發(fā)送設(shè)備地址，寫(xiě)操作
  IIC_SendBytes(0xA0);     
  if (IIC_WaitACK() == 1)   // AT24C02沒(méi)應(yīng)答
  {
    printf("[AT24C02] Answered the device address: Errorn");
    IIC_StopSignal();       // 發(fā)送停止信號(hào)
  }
  else
  {
    printf("[AT24C02] Answered the device address: OKn");
  }

  // 發(fā)送字?jǐn)?shù)據(jù)的地址
  IIC_SendBytes(Address);   
  if (IIC_WaitACK() == 1)   // AT24C02沒(méi)應(yīng)答
  {
    printf("[AT24C02] Answered the word address: Errorn");
    IIC_StopSignal();       // 發(fā)送停止信號(hào)
  }
  else
  {
    printf("[AT24C02] Answered the word address: OKn");
  }

  IIC_StartSignal();        // 發(fā)送開(kāi)始信號(hào)

  // 發(fā)送設(shè)備地址，讀操作
  IIC_SendBytes(0xA1);     
  if (IIC_WaitACK() == 1)   // AT24C02沒(méi)應(yīng)答
  {
    printf("[AT24C02] Answered the device address: Errorn");
    IIC_StopSignal();       // 發(fā)送停止信號(hào)
  }
  else
  {
    printf("[AT24C02] Answered the device address: OKn");
  }
  
  // 讀取1字節(jié)數(shù)據(jù)
  Data = IIC_ReadBytes();

  // 發(fā)送應(yīng)答信號(hào)
  IIC_MasterACK(1); // 不應(yīng)答

  IIC_StopSignal(); // 發(fā)送停止信號(hào)

  return Data;      // 返回接收到的數(shù)據(jù)
}

下面我們測(cè)試AT24C02_RandomRead函數(shù)，測(cè)試過(guò)程為：

使用AT24C02_Init初始化AT24C02
使用AT24C02_PageWrite向0x00寫(xiě)入“01234567”
使用AT24C02_RandomRead讀出0x07處的數(shù)據(jù)

uint8_t data;

AT24C02_Init();
AT24C02_PageWrite(0x00, "01234567", 7);
HAL_Delay(100);

data = AT24C02_RandomRead(0x07);
printf("AT24C02_RandomRead: %c", data);

如果輸出的提示信息全部正常且返回值為“7”則說(shuō)明函數(shù)編寫(xiě)正確。測(cè)試效果如下圖，測(cè)試成功。

如果想要“隨機(jī)讀”函數(shù)可以一次讀取多個(gè)字節(jié)，可以修改函數(shù)為如下形式：

/**
 * @brief AT24C02隨機(jī)讀n個(gè)字節(jié)
 * 
 * @param Address: 字地址 
 * @param RecvBuf: 接收緩沖區(qū) 
 * @param DataLen: 接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 
 */
void AT24C02_RandomRead(uint8_t Address, uint8_t *RecvBuf, uint8_t DataLen)
{
  uint8_t Data;

  IIC_StartSignal(); // 發(fā)送開(kāi)始信號(hào)

  // 發(fā)送設(shè)備地址，寫(xiě)操作
  IIC_SendBytes(0xA0);     
  if (IIC_WaitACK() == 1)   // AT24C02沒(méi)應(yīng)答
  {
    printf("[AT24C02] Answered the device address: Errorn");
    IIC_StopSignal();       // 發(fā)送停止信號(hào)
  }
  else
  {
    printf("[AT24C02] Answered the device address: OKn");
  }

  // 發(fā)送字?jǐn)?shù)據(jù)的地址
  IIC_SendBytes(Address);   
  if (IIC_WaitACK() == 1)   // AT24C02沒(méi)應(yīng)答
  {
    printf("[AT24C02] Answered the word address: Errorn");
    IIC_StopSignal();       // 發(fā)送停止信號(hào)
  }
  else
  {
    printf("[AT24C02] Answered the word address: OKn");
  }

  IIC_StartSignal();        // 發(fā)送開(kāi)始信號(hào)

  // 發(fā)送設(shè)備地址，讀操作
  IIC_SendBytes(0xA1);     
  if (IIC_WaitACK() == 1)   // AT24C02沒(méi)應(yīng)答
  {
    printf("[AT24C02] Answered the device address: Errorn");
    IIC_StopSignal();       // 發(fā)送停止信號(hào)
  }
  else
  {
    printf("[AT24C02] Answered the device address: OKn");
  }
  
  // 讀取n字節(jié)數(shù)據(jù)
  DataLen -= 1;
  while (DataLen--) // 讀取n-1字節(jié)數(shù)據(jù),最后1字節(jié)數(shù)據(jù)單獨(dú)讀取
  {
    *RecvBuf++ = IIC_ReadBytes();

    // 發(fā)送應(yīng)答信號(hào)
    IIC_MasterACK(0); // 應(yīng)答
  }
  *RecvBuf++ = IIC_ReadBytes(); // 讀取最后1字節(jié)數(shù)據(jù)
  
  // 發(fā)送應(yīng)答信號(hào)
  IIC_MasterACK(1); // 不應(yīng)答

  IIC_StopSignal(); // 發(fā)送停止信號(hào)

  return Data;      // 返回接收到的數(shù)據(jù)
}

下面我們測(cè)試AT24C02_RandomRead函數(shù)，測(cè)試過(guò)程為：

使用AT24C02_Init初始化AT24C02
使用AT24C02_PageWrite向0x00寫(xiě)入“01234567”
使用AT24C02_RandomRead讀出0x00-0x07處的數(shù)據(jù)

uint8_t RecvBuf[10] = {0};

AT24C02_Init();
AT24C02_PageWrite(0x00, "01234567", 8);
HAL_Delay(100);

AT24C02_RandomRead(0x00, RecvBuf, 8);
printf("AT24C02_RandomRead: %s", RecvBuf);

如果輸出的提示信息全部正常且返回值為“01234567”則說(shuō)明函數(shù)編寫(xiě)正確。測(cè)試效果如下圖，測(cè)試成功。

2.4 讀操作：順序讀

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P9

AT24C02還有一種讀操作，就是順序讀取。順序讀取由當(dāng)前地址讀取或隨機(jī)地址讀取啟動(dòng)。主機(jī)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)字后，它以確認(rèn)響應(yīng)。只要 EEPROM 接收到應(yīng)答，將自動(dòng)增加字地址并繼續(xù)隨時(shí)鐘發(fā)送后面的數(shù)據(jù)。當(dāng)達(dá)到內(nèi)存地址限制時(shí)，地址自動(dòng)回轉(zhuǎn)到0，認(rèn)可繼續(xù)順序讀取數(shù)據(jù)。主機(jī)不應(yīng)答“0”，而發(fā)送停止條件，即可結(jié)束順序讀操作。

《AT24C02數(shù)據(jù)手冊(cè)》P11

正所謂“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行”。在對(duì)順序讀寫(xiě)略加分析后，順序讀取的代碼這里不再給出，讀者可以結(jié)合本文對(duì)前面幾種讀寫(xiě)操作的講解和順序讀操作的流程自行完成。

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IIC總線

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1 AT24C02概述

1.1 基本描述

1.2 重要特點(diǎn)

1.3 引腳定義

1.4 存儲(chǔ)空間

1.5 設(shè)備地址

2 AT24C01編程

2.1 寫(xiě)操作：字編程和頁(yè)編程

2.2 讀操作：當(dāng)前地址讀

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